开式自然循环系统气（汽）—液两相流动特性研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文开式自然循环系统气（汽）-液两相流动特性研究硕士研究生：曹鹏久指导教师：曹夏昕副教授学科、专业：核科学与技术论文主审人：王建军副教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文开式自然循环系统气（汽）-液两相流动特性研究硕士研究生：曹鹏久指导教师：曹夏昕副教授学位级别：工学硕士学科、专业：核科学与技术所在单位：核科学与技术学院论文提交日期：2017年12月29日论文答辩日期：2018年03月10日学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegree

2、ofM.EngStudyontheCharacteristicsofAir（Vapor）-LiquidTwoPhaseFlowinOpenNaturalCirculationSystemCandidate:CaoPengjiuSupervisor:Prof.CaoXiaxinAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:NuclearScienceandTechnologyDateofSubmission:Dec.29,2017DateofOralExamination:Mar.10,2018University:Harbin

3、EngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关

4、部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日开式自然循环系统气（汽）-液两相流动特性研究摘要由于开式自然循环系统具有结构简单、排热能力强、安全性好等优点，已被广泛地应用于非能动安全技术领域中

5、。然而，在长期运行工况下，开式自然循环系统易发生闪蒸流动不稳定现象，这将对系统的排热性能及安全运行产生不利影响。为此，本文采用向上升段注气的方式，来提高系统的驱动压头，增强排热能力，抑制流动不稳定的发生，从而使系统运行更加稳定。本文分别基于冷态和热态条件下对注气驱动的开式自然循环流动特性进行实验研究。在冷态实验条件下，详细分析了不同注气方式下上升段流型的演变规律，发现多孔介质对注入空气的碎化作用是导致流型差异的主要原因；结合Wire-Mesh传感器测量系统，总结了不同注气方式下空泡份额随着注气量的变化规律，并将其与常用的三种空泡份额计算模型进行比较，推导出适用于多孔介质管注气的空泡份额计

6、算公式。此外，根据空泡份额时序变化特性以及径向分布规律建立了典型空泡份额相分布与流型的对应关系，并从气泡受力的角度分析了影响其分布规律的内在机理；最后，对影响系统循环流量主要因素进行分析，并根据两相段的阻力特性，提出将自然循环驱动力与两相段阻力之比作为自然循环能力提升效果的评价依据。结果表明对于直接注气方式，自然循环系统最佳注气量应为使两相流动型式处于弹状流的下限处；而对于多孔介质管注气方式来讲，其最佳注气量应为使上升段中形成弹帽-弥散泡状流的下限处。基于热态实验研究发现，对于定功率的开式自然循环系统来讲，系统运行先后经历了单相稳定流动、两相振荡流动以及两相稳定流动，其中两相振荡流动主要

7、是由于高温液体在上升过程中发生流动闪蒸导致的；详细分析了闪蒸不稳定流动的产生机理，并结合可视化观察，对两相稳定流动阶段上升段闪蒸的流型进行了总结归纳，绘制出稳定闪蒸的流型图；此外，还研究了注气对系统不同运行阶段的影响。两相振荡流动阶段注气不仅可以明显抑制闪蒸流动不稳定现象的发生，还使得自然循环系统可以提前进入两相稳定流动阶段；两相稳定流动阶段注气可以显著提升系统的循环流量，实验中最大提升流量可达44%。但受上升段长度的限制，随着注气